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1、悬索桥 悬索桥的构造与设计悬索桥的实例介绍主 要 内 容 悬索桥的组成 悬索桥的形式 悬索桥的各部分构造 悬索桥的设计第一部分第一部分 悬索桥的构造与设计悬索桥的构造与设计一、一、悬索桥的组成悬索桥的组成组成：悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系，其主要构成如下图所示。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。v主缆主缆是结构体系中的主要承重构件；通过塔顶索鞍悬挂在主塔上并锚固于两是结构体系中的主要承重构件；通过塔顶索鞍悬挂在主塔上并锚固于两端锚固体中的柔性承重构件。端锚固体中的柔性承重构件。v
2、主塔主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件；支承主缆的重要构件。是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件；支承主缆的重要构件。v加劲梁加劲梁是悬索桥承受风荷载和其它横向水平力的主要构件，是悬索桥承受风荷载和其它横向水平力的主要构件，提供桥面和防止提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形，桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形，主要承受弯曲内力。主要承受弯曲内力。v吊索吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带。的纽带。v锚碇锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传
3、递给地基。悬索桥各部分的作用悬索桥各部分的作用v地锚式与自锚式悬索桥地锚式与自锚式悬索桥地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。地锚式：主缆拉力依靠锚固体传递给地基。自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁自锚式：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）（轴向压力）承受；竖承受；竖直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城直分力（较小）由端支点承受。适宜：跨度不大、软土地基、城市桥等。市桥等。v双链式悬索桥双链式悬索桥（小跨度悬索桥）（小跨度悬索桥）双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及半跨活载时
4、结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修件截面尺寸和单件重量；缺点：构件增多分散，安装及养护维修不利。不利。二、悬索桥的形式二、悬索桥的形式v地锚式悬索桥的孔跨布置形式地锚式悬索桥的孔跨布置形式(力学体系力学体系)单跨：单跨：适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于边跨主缆的垂度较小对荷载变形适于边跨建筑高度小、曲线边跨。由于边跨主缆的垂度较小对荷载变形有利，架设主缆时索鞍预偏量较大有利，架设主缆时索鞍预偏量较大；梁端用吊杆或者摆柱作支撑的悬浮体；梁端用吊杆或者摆柱作支撑的悬浮体系，
5、纵向位移不受限制。系，纵向位移不受限制。13851385米江阴大桥。米江阴大桥。三跨：三跨：最常见最常见。两跨：两跨：（单边跨（单边跨）一岸建筑高度小和曲线边跨时。）一岸建筑高度小和曲线边跨时。13771377米青马大桥。米青马大桥。多跨：多跨：因中间桥塔和两边桥塔的塔高不同导致主缆垂度偏大，悬索桥整体刚度因中间桥塔和两边桥塔的塔高不同导致主缆垂度偏大，悬索桥整体刚度降低降低，非均布活载下塔顶变位及加劲梁挠曲变形和弯矩较大；固有振动频非均布活载下塔顶变位及加劲梁挠曲变形和弯矩较大；固有振动频率降低。率降低。故中塔必须加大刚度（故中塔必须加大刚度（4 4柱立体桥塔）或者减小主缆垂跨比。柱立体桥塔
6、）或者减小主缆垂跨比。悬索桥的形式（续）悬索桥的形式（续）单塔悬索桥效果图单塔悬索桥效果图单塔悬索桥单塔悬索桥空间主缆悬索桥空间主缆悬索桥三、悬索桥的构造三、悬索桥的构造 主缆主缆 材料材料有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、有效拉应力大；拉伸延伸率小；弹模大；截面密度大；疲劳强度高、徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。徐变小；成缆锚固及防锈容易；价廉物美。类型类型 钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等，钢丝绳主缆：钢绞线绳、螺旋钢丝绳、封闭式钢绞线索等，适于适于600米以下；米以下；平行丝股主缆：采用空中绕线法平行丝股主缆：采用空中绕线法AS法或者预制
7、丝股法法或者预制丝股法PS法），法），适于适于400米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。米以上，是现代悬索桥主缆的主流结构类型。大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹大跨多采用耐疲劳的高强钢丝，因为钢绞线虽然施工方便，但弹模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难，模较低使结构变形增大，截面形状不易按照设计形状压紧，防腐较难，适于中小跨度。适于中小跨度。结构形式结构形式双面平行主缆（绝大多数）；双面平行主缆（绝大多数）；单面主缆；空间主缆；单面主缆；空间主缆；复式主缆（双链吊桥：复式主缆（双链吊桥：朝阳大桥）。朝阳大桥）。截面形状（截面形状（六角形）六角
8、形）尖顶形：尖顶形：将钢丝索股在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆将钢丝索股在竖向排列，列间插放隔片有助于通风和保持真圆度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。度较高的截面形状，截面温度均匀。主缆施工之初的钢丝定位较难。平顶形：平顶形：下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直下层的钢丝索股会受到较大的挤压力，截面水平直径较竖向直径大。径大。方阵式：方阵式：竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操竖横双向均利于插放隔片，钢丝束股数目较为灵活，紧缆机操作时也较容易形成圆形截面。作时也较容易形成圆形截面。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆方阵式主
9、缆断面方阵式主缆断面施工中的主缆断面施工中的主缆断面l主缆编制方法主缆编制方法lASAS法：法：通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根通过牵引索作来回走动的编丝轮，每次将两根钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可钢丝从一端拉到另一端，待钢丝达到一定数量后（可达达400400500500根）编扎成一根索股。钢束股数较少，便根）编扎成一根索股。钢束股数较少，便于集中锚固，起吊设备轻便；架设主缆时抗风较弱所于集中锚固，起吊设备轻便；架设主缆时抗风较弱所需劳动力也较多。需劳动力也较多。lPSPS法：法：避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆避免了钢丝编成钢丝束股的作业从而加快主缆的施工进度
10、，但要求大吨位的起重运输设备和拽拉设的施工进度，但要求大吨位的起重运输设备和拽拉设备来搬运钢丝束股。目前多采用备来搬运钢丝束股。目前多采用6161、9191、12751275左右左右钢丝，最重可达钢丝，最重可达4040吨。吨。悬索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆PWSPWS法法示意图示意图主缆断面主缆断面ASAS法示意图法示意图l主缆的防护主缆的防护（不可更换的主要受力构件，必须防腐）（不可更换的主要受力构件，必须防腐）l锈蚀原因：锈蚀原因：架设期间水份进入；防护完成后因主缆线形变化、架设期间水份进入；防护完成后因主缆线形变化、温度变化引起伸缩而导致粗糙表面的油漆开裂和索夹上受损温度变化引起伸缩而
11、导致粗糙表面的油漆开裂和索夹上受损的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。的密封部位开裂，水的渗入导致主缆湿度高而锈蚀。l防护方法：防护方法：施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手施工期间镀锌钢丝外涂底漆或者树脂类，然后手工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌工满刮腻子，再缠绕钢丝（退火镀锌44钢丝钢丝），最后作外），最后作外涂装。涂装。改良措施：l以S 形截面的缠绕钢丝代替圆端面钢丝，使主缆表面光滑、丝丝相扣，油漆不易开裂、水不能渗入。l开空气导入法：将除湿机产生的干燥空气用管道输送，通过入口索夹输入主缆，经出口索夹排出主缆（出入口索夹间距140米左右），一般可维持相对湿度在40以下。悬
12、索桥的构造悬索桥的构造主缆主缆悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造吊索（吊杆）吊索（吊杆）吊索吊索布置形式：布置形式：竖直；倾斜（提高整体振动时的结构阻尼值）。竖直；倾斜（提高整体振动时的结构阻尼值）。材料：材料：刚性吊杆（少量小跨：圆钢或钢管）；刚性吊杆（少量小跨：圆钢或钢管）；柔性吊索：钢丝绳或者平行钢丝索（多采用）。柔性吊索：钢丝绳或者平行钢丝索（多采用）。钢丝绳索钢丝绳索绳心式：以一股钢丝绳为中央形心，外围用钢丝束股围绕扭绳心式：以一股钢丝绳为中央形心，外围用钢丝束股围绕扭绞而成。绞而成。股心式：股心式：7股钢丝束股扭绞而成，中央一股为股心。股钢丝束股扭绞而成，中央一股为股心。注意：钢丝束
13、股的扭绞方向与其间钢丝的扭转方向相反。平行钢丝索（平行钢丝索（PWS）：多根）：多根557 7镀锌钢丝外加镀锌钢丝外加PEPE套管。套管。索夹索夹作用：作用：刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定连接。依靠摩擦刚性索夹与柔而松的主缆索体间的连接为不稳定连接。依靠摩擦力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。力来保证主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。构造：构造：l六边形（中小跨）：少用；六边形（中小跨）：少用；l圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，依靠高强圆形：一对铸钢半圆构件以高强螺栓相连接，依靠高强螺栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固定位置的摩擦阻力，螺栓拧紧后的拉力来提供足够索夹固
14、定位置的摩擦阻力，两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙两半圆构件之间留有一定空隙，以保证螺栓拉力，空隙内填防腐料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。内填防腐料；索夹半圆内表面加工后不能磨光。骑跨式：索夹上半部有骑跨式：索夹上半部有4各凸肋形成两条凹槽；各凸肋形成两条凹槽；销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。销铰式：下侧半索夹下带有耳式吊板供销铰连接用。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索夹索夹悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索夹索夹吊索与索夹的联结方式吊索与索夹的联结方式（钢丝绳）（钢丝绳）4股骑跨式：股骑跨式：两根两端带锚头的钢丝绳索绕跨在索夹顶部的两根两端带锚头的钢丝绳索绕
15、跨在索夹顶部的嵌索槽中，锚头与加劲梁连接。不宜用平行钢丝索，索夹嵌索槽中，锚头与加劲梁连接。不宜用平行钢丝索，索夹分左右两半。分左右两半。双股销铰式：双股销铰式：两根下端带锚头、上端带销铰的钢丝绳索或两根下端带锚头、上端带销铰的钢丝绳索或平行钢丝索，上端利用销铰与索夹下的耳板（吊板）连接，平行钢丝索，上端利用销铰与索夹下的耳板（吊板）连接，下端用锚头或者同样用销铰与加劲梁连接。索夹分上下两下端用锚头或者同样用销铰与加劲梁连接。索夹分上下两半。半。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造索夹索夹主缆与索夹的连接方式主缆与索夹的连接方式吊索与主缆连接吊索与主缆连接4股骑跨式股骑跨式吊索与主缆连接吊索与主缆
16、连接双股销铰式双股销铰式索箍索箍索夹索夹图为香港青马桥图为香港青马桥图为骑跨式吊索图为骑跨式吊索与主缆（索夹）与主缆（索夹）以及与加劲梁以及与加劲梁之间的连接之间的连接 桥塔桥塔材料：材料：圬工（古老、小跨简易）；钢筋砼（框架式；实心矩形圬工（古老、小跨简易）；钢筋砼（框架式；实心矩形或者箱形）最高或者箱形）最高155米；钢（框架式、桁架式；箱形、多格米；钢（框架式、桁架式；箱形、多格箱形、箱形、H形）。形）。桥塔纵向结构形式：桥塔纵向结构形式：摇柱塔（摆动式）：单柱塔下设铰、塔顶索鞍固定于塔，适摇柱塔（摆动式）：单柱塔下设铰、塔顶索鞍固定于塔，适于小跨。于小跨。柔性塔：一般为下端固定式，塔顶水平变位量相对较大，适柔性塔：一般为下端固定式，塔顶水平变位量相对较大，适于大跨。于大跨。刚性塔：塔顶水平变位量相对较小，单柱或者刚性塔：塔顶水平变位量相对较小，单柱或者A形，多用于形，多用于多跨悬索桥的中间塔柱，纵向刚度较大，塔顶位移小从而减多跨悬索桥的中间塔柱，纵向刚度较大，塔顶位移小从而减小加劲梁内的应力。小加劲梁内的应力。悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造塔塔悬索桥各部分构造悬索桥各部分构造
